天津滨海地区软塑地质条件下不同深基坑支护形式设计与施工探讨

1、天津滨海地区软塑地质条件下不同深基坑支护形式设计与施工探讨12丁伟祥，黄得建(1 武汉大学，湖北 武汉 430072；2 天津经济技术开发区质量监督站，天津 300457)0 引 言2006年6月6日，国务院全文发布国务院推进天津滨海新区开发开放有关问题的意见，正式宣布天津滨海新区成为全国综合配套改革试验区，是继深圳经济特区、浦东新区之后，又一带动区域发展的新的经济增长极。随着滨海新区经济的进一步发展，该地区的工程建设规模也将进一步扩大，超大、超深基坑工程也将越来越多。本文结合在该地区的若干深基坑工程实例，对该地区几种典型的深基坑支护形式的设计与施工进行一些探讨。 1 天津滨海地区软

2、塑地质情况介绍该地区海相淤泥质软土地区，上部回填土土层水平方向不均匀，填土成分复杂，土质情况较差，地下水位以潜水为主，地下水位埋深在0.51.5m之间。基坑围护结构所处的土层主要为淤泥质土层，饱和的淤泥层及淤泥质粘土层具有高含水量（40%60%）、高压缩性、低透水性（垂直及水平渗透性均为107108级）、低抗剪强度等特点。 场地土层特征及分布规律大致如下： 1）人工填土层（Qml）  一般层厚为0.53.0m，层顶标高为2.54.5m，主要由杂填土组成。 2）全新统上组第一陆相层（Q43al）  一般层厚为0.82.5m，层

3、顶标高为0.03.5m，主要由粘土组成，可塑软可塑，属高压缩性土，分布连续。 3）全新统上组第海相层（Q42m）  一般层厚为14.017.0m，层顶标高为2.01.5m，从上到下依次由淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、粉质粘土组成，流塑软塑，属高压缩及中压缩性土，分布连续。 4）全新统下组沼泽相层沉积（Q41h）  一般层厚为2.03.5m，层顶标高为17.013.5m，主要由粉土组成，可塑，属中低压缩性土，分布连续。 5）全新统下组第陆相河床河漫滩相沉积层（Q41al）  一般层厚为2.54.0m，层顶标高

4、为20.017.5m，主要由粉质粘土组成，可塑，属中压缩性土，分布连续。 6）上更新统五组陆相河床河漫滩相沉积层（Q3eal）  一般层厚为11.514.0m，层顶标高为22.018.0m，主要由粉质粘土和粉沙组成，可塑，属中压缩性土，分布连续。 2 几种典型支护结构形式在滨海地区的应用情况2.1 钻孔灌注桩组合内支撑体系泰达图书馆工程位于天津开发区第三大街与新城东路交口。基坑平面尺寸为141m×119m，档案馆基坑深度8.2m，图书馆及地下车库基坑深度6.2m，局部电梯坑部位为9.5m。基坑紧邻市政道路，周边市政管线密集。 基坑支护

5、设计采用钻孔灌注桩结合内支撑体系及水泥搅拌桩止水帷幕，并在深坑部位采用水泥搅拌桩被动土加固。800900灌注桩嵌固深度10.812.3m；冠梁截面尺寸1200mm×800mm，环梁截面尺寸1400mm×800mm，具体详见图1。基坑采用35口11.0m深500无砂混凝土管井降水。 4）冠梁水平位移  随开挖深度的变化水平位移逐渐增大， 拆撑前的最大位移值为42mm，与设计计算最大位移值46mm非常接近。 5）环梁及支撑梁应力、弯矩、轴力变化情况  通过设置钢筋计对钢筋应力变化情况进行监测，环梁最大应力变化

6、在30Mpa以内，计算出的弯矩在8090KN·m左右；支撑梁最大应力变化在30Mpa以内，计算出的轴力在5503000KN左右，与设计计算值基本吻合。 泰达司法服务中心工程位于泰达第一大街以北，新城路以东，基坑为约130m×100m矩形平面，平均开挖深度近12m，井坑部位开挖最深至15.200m，该工程基坑西侧、南侧距市政道路路牙仅2m左右，且周边市政管线密集。 设计采用“双层椭圆形格构式环梁内支撑体系”，支撑体系包括2.00m、7.00m两道支撑和竖向支撑柱，具体详见图2。坑内采用32口16m深500无砂混凝土管井降水，基坑外设置4深16m观测井。&#

7、160;                 图2 泰达司法服务中心工程基坑支护平面及剖面图Fig. 2 Pit retaining pian and section for TEDA Judicature service center1）基坑周边地表沉降  在基坑西侧、南侧距冠梁外侧3m的市政路面设置

8、沉降观测点10个，最大沉降量为28mm，均在警戒值范围内。 2）基坑内外地下水位  坑内地下水位维持在坑底以下1m左右，坑外地下水位维持在地表以下1.5m左右，说明帷幕止水效果良好。 3）环梁水平位移  水平位移累积量最大为25mm，出现在A26点处（椭圆型环梁拱顶），与设计人员提供的环梁最大水平位移参考值（26mm）基本吻合。 3）对撑结构竖直位移（隆起）  对撑结构竖直位移（隆起）累积量最大为26.0mm，出现在B5点处（对撑结构中部位置）。对撑结构在两端支护系统的压力作用下产生平面外变形，该变形受到

9、支撑桩的约束。当对撑结构产生向上的竖向位移时（隆起状态），支撑桩为抗拔工况；当对撑结构产生向下的竖向位移时（下沉状态），支撑桩为抗压工况，因此在设计该类支撑桩时，必须按抗拔、抗压两种工况进行验算。 4）帽梁水平位移监测  拆撑前的最大水平位移为18mm，拆撑后水平位移累积量最大为78mm，出现在C8点处（拱顶附近），与设计人员提供的帽梁最大水平位移参考值基本吻合。由于该基坑深度较深，因此拆撑前后位移值变化较大。 5）支撑构件内力监测  压力总变化量最大为35.7KN，出现在D9点处，拉力总变化量最大为52.7KN，亦出现在D9点处。最

10、大压力出现在D10点处，其值为62.8KN；最大拉力还是出现在D9点处，其值为92.5kN。从图3            环梁竖直位移（隆起）/mm环梁水平位移/mm时间/天时间/天测点A26处环梁的水平位移过程曲线测点B5处环梁的竖直位移（隆起）过程曲线帽梁水平位移/mm第一道支撑压力/KN时间/天时间/天测点C8处帽梁的水平位移过程曲线测点D9处第一道支撑内部压力变化过程曲线图3支护结构位移及内力变化曲线图Fig. 3 Pit retaini

11、ng ,s dispiacement and internai force variation curve 2.2 联体桩结合结构梁板内支撑体系（盖挖顺作法）天津泰达市民广场二期工程位于天津经济技术开发区第一大街和新城西路交汇处东南侧。基坑为175×65m的矩形，开挖深度为10.2m，局部电梯坑深12.8m。工程基坑西、北侧为市政道路，东侧为新建成的市民文件广场一期工程。场地周围密布市政管网。 本工程围护结构采用联体钻孔灌注桩作为挡土结构，兼做止水帷幕。钻孔灌注桩桩径为0.92m，桩长为25m。

12、基坑内支撑体系采用两个1500mm×900mm的钢筋混凝土大环梁和两个1200mm×900mm钢筋混凝土小环梁加双道梁板式对撑及连梁与零层结构梁板组成，具体详见图4。基坑内设置了40口500mm无砂混凝土管降水井，基坑外设置了8口观测井。           图4泰达市民广场工程基坑支护平面及剖面图Fig. 4 Pit retaining pian and section for TED

13、A Citizen square project1）本工程的水平支护体系利用负一层结构顶板与支护环梁组成，如果水平支撑结构施工时直接利用地面作为模板，由于构件截面尺寸较大，混凝土浇筑完成后会因为地面的不均匀沉降造成构件表面出现裂缝，为防止此现象的发生，施工时先挖掉基坑表层3m厚土方，浇筑垫层后再施工水平支撑结构。 2）零层梁板支撑柱由460mm×460mm角钢支柱支撑，土方开挖至底板设计标高后，钢构柱悬臂长度过大，受上部荷载作用及基坑变形的影响，钢构柱极易弯曲变形，甚至倒塌，为确保钢构柱的安全、稳定，在土方开挖至底板设计标高后，立即采用20a槽

14、钢纵横方向在标高4.8m处与钢构柱焊接牢固，将基坑内全部钢构柱连接形成一个整体，确保整体稳定。 3）挖土过程中日挖土范围不得超过15m的幅宽，每挖出一部分，即用150mm厚C15垫层进行封闭，垫层封闭采用分条分块的原则，条与条、块与块之间用6200钢筋网片连接，确保垫层的整体强度。垫层封闭达到强度后，开始进行格构柱之间的钢梁安装。 4）基坑周边地表沉降  最大沉降量为46mm，在警戒值范围内，最大沉降点出现在中间环梁与冠梁相切部位，与设计吻合。 5）冠梁水平位移随开挖深度的变化水平位移逐渐增大，施工过程中采用分层对称开挖的原则，第一层开挖至地表

15、以下4m处，然后进行零层板结构及水平支撑系统施工，混凝土强度达到设计要求后进行下一步土方开挖。水平支撑系统施工前前的最大位移值为21mm，累计最大位移值为45.6mm。 6）基坑内外地下水位  坑内地下水位维持在坑底以下1m左右，坑外地下水位维持在地表以下1.5m左右，说明联体桩止水效果良好。 7）零层板及支撑结构体系竖直位移（隆起）  零层板结构竖直位移（隆起）累积量最大为25.0mm，出现在结构跨中位置，与设计吻合。 8）支护桩深层位移  通过在支护桩内设置测斜管对支护桩深层位移情况进行监测，支护桩深

16、层位移最大值为74mm，出现在地表以下20m处，与设计计算值基本吻合。 2.3 钻孔灌注桩结合钢斜撑的支护体系（中心岛法）天津滨海国际会展二期工程位于天津开发区滨海大道与海防路交口。基坑平面为140m×210m左右的上大下小的类似扇形，面积约30000m2，开挖深度6.6m。基坑南侧紧邻临时市政道路，北侧为已建会展一期工程（无地下室），支护桩距一期幕墙仅1.5m。 基坑支护设计采用钻孔灌注桩与钢斜撑结合的方式，在北侧与一期工程相邻部位距支护桩5m范围采取被动土加固，深度为坑底以下7.5m范围。8001000灌注桩桩长为16m、18m两种，间隔布置；冠梁截面尺寸12

17、00mm×600mm，钢斜撑按8m左右间距设置，具体详见图5。基坑内采用500深12.0m无砂混凝土管大口井降水，间距约25m，坑外周边布置9口深的观察井。              图5 天津滨海国际会展二期工程基坑支护平面及剖面图Fig. 5 Pit retaining pian and section for TEDA Tianjin Bin

18、hai International Convention Exhibition Centre Prject Phase 1）施工过程中将基坑分为西、中、东三块，采用先试挖中部南侧土方，在支护结构变形值与设计基本吻合的前提下进行中部整体开挖的原则，在中部安装钢斜撑前保留东西两块土方，尽量减小靠近一期部位的基坑位移。 2）基坑周边地表沉降及对一期工程的影响  在南侧距冠梁外侧5m的临时市政路面设置沉降观测点4个，最大沉降量为75mm，在北侧一期地面冠梁外侧2m处设置沉降观测点（兼作位移监测点）12个

19、，最大沉降量为16mm，最大位移值为12mm，由于钢结构柱距基坑约15m，对基坑附近15m范围内石材地面监测，无明显开裂现象发生，说明该侧基坑变形对一期结构无实质性影响。 3）冠梁水平位移  南侧最大位移值为198mm，北侧被动土加固区最大位移值76mm，北侧未进行被动土加固区最大位移值265mm，西侧最大位移值为856mm（由于该侧距基坑4m左右一直径2m的市政雨水管施工仅6个月，且土方未进行夯实处理，致使管内水体溢出，被动土压力增大）。 4）钢斜撑应力变化情况  由于未设置应力计对钢斜撑应力进行监测，无法掌握其应力和受力情况。&#

20、160; 港务局地下车库工程位于天津港北疆港区，基坑平面尺寸为185m×175m方形，基坑面积约33000m2，基坑开挖深度7.7m。基坑东侧紧邻市政道路，管线非常密集，其余三侧均为正在施工主体结构的在建工程。 本工程基坑支护采用钻孔灌注桩钢斜撑结合的基坑支护体系，由于在基坑东侧边缘有市政管网通过，在基坑内部采用水泥搅拌桩加固区，被动区加固宽度距支护桩以外6.6m范围，深度为坑底以上5m至坑底以下6m范围。8001000灌注桩桩长19.3m；冠梁截面尺寸1400mm×800mm，钢斜撑按8m左右间距设置，具体详见6图。本工程在基坑内设有184口500降水

21、井，基坑外侧设有36口500深10.0m的观察井。              图6 港务局地下车库工程基坑支护平面及剖面图Fig. 6 Pit retaining pian and section for Underground Garage for port of Tianjin1）施工过程中将基坑分为西、中、东三块，按中西东

22、的顺序进行开挖。采取坑外卸土与坑内预留土相结合，尽量减小基坑变形。 2）在坑内预留土能自稳的前提下，尽量多的保留坑内预留土，增加坑内土体侧压力。 3）基坑周边地表沉降  在东侧距冠梁外侧5m的临时市政路面设置沉降观测点4个，最大沉降量为125mm，其它三侧未设置沉降观测点。 4）冠梁水平位移  随开挖深度的变化水平位移逐渐增大，南侧最大位移值为1250mm，北侧最大位移值1950mm，西侧最大位移值为856mm，东侧进行了被动土加固，最大位移值为265mm。 5）钢斜撑应力变化情况  在钢斜撑上

23、共设置8套应力计对钢斜撑应力进行监测，最大应力值为185N/mm2，在设计容许范围内。 2.4 不同结构形式的组合支护方案滨海金融街爱丽榭工程位于天津开发区盛达街与新城西路交口。基坑开挖面积约25000m2（分东西区每个基坑约12500m2），主楼实际开挖深度为5.2m，中央车库实际开挖深度为8.6m。北侧紧邻绿化带，市政电缆沟、供热管线紧邻支护结构，东、西侧距建筑红线约为2m，红线外为市政道路。 根据深浅坑相结合的特点，在深浅坑结合部位采用700钻孔灌注桩结合帽梁及内支撑体系，东侧无浅坑部位在外侧辅以2.7m宽格构式重力挡土墙，坑底采用被动土加固措施，加固宽度5.1m，深

24、度为5m。 浅坑部位采用2.7m宽水泥土重力式挡土墙支护形式，无工作面部位采用钻孔灌注桩悬臂支护，坑底采用被动土加固措施，加固宽度5.1m，深度为5m，具体详见图7。            图7 滨海金融街爱丽榭工程基坑支护平面及剖面图Fig. 7 Pit retaining pian and section for Binhai Financial Street&#

25、160;Ailixie Residential Building基坑内采用500无砂混凝土管大口井内降水，间距约20m，深坑井深15.0m，浅坑井深12.0m，坑外每区沿基坑周边布置9口10m深的观察井。 2）开挖时先施工中部车库部位土方，周边浅坑按1:2放坡，待中部车库负二层结构施工完成，水平支撑体系拆除后再开挖浅坑土方； 3）南北两侧挡土墙根据东侧实施情况，分段开挖，控制每段开挖宽度，及时封闭垫层，并在垫层中加设钢筋混凝土暗梁，暗梁间距按6m左右设置，在挡土墙根部加设1m高混凝土结构反沿，减小挡土墙的悬臂高度。南北两侧浅坑土方采取从中部向两侧分段开挖

26、，每段开挖宽度控制在20m以内，在补充方案实施后进行下一段土方施工，尽量减小挡土墙的位移。 4）挡土墙水平位移  北侧最大位移值为128mm，南侧最大位移值为107mm，与预期基本吻合。 5）冠梁水平位移  南侧最大位移值为36.2mm，北侧最大位移值33.0mm，西侧最大位移值为14.6mm，东侧最大位移值为20.2mm。东西两侧最大位移值出现在冠梁中位置，南部两侧最大位移值出现在距冠梁两端1/4位置，与设计吻合。 6）对撑结构竖直位移（隆起）  对撑结构竖直位移（隆起）累积量最大为18.5mm，出现在

27、对撑结构中部位置。 泰达时尚休闲广场工程位于天津开发区滨海大道与北海路交口，基坑开挖面积约为18000m2，基坑开挖深度分6.05m 、5.85m、5.35m、2.65m、2.45m等几种不同深度。在基坑的西侧和南侧为城市主干道，东侧和北侧为预留空地。 本工程基坑支护采用了多种支护结构形式，在靠近主干道一侧采用了单排钻孔灌注桩悬臂挡土，在5#楼西侧采用1：2的坡度进行放坡开挖，坡底加两排7001000双头水泥搅拌桩，4#楼南侧开挖深度超过4m的位置采用7001500和6001600双排桩挡土，在桩顶设800（700）×500的帽梁及700×50

28、03000的连梁。由于在基坑的北侧和东侧采用土钉支护。在基坑内部不同深度交界处采用2.2m宽水泥土重力式挡土墙支护形式，具体详见图8。                图8 泰达时尚休闲广场工程基坑支护平面及剖面图Fig. 8 Pit retaining pian and section for TEDA Promenades1）严格控制支护结构的施

29、工质量，如土钉墙施工中的土钉长度、倾斜角度及灌浆料配合比的控制，水泥土重力式挡土墙施工中水泥掺量的控制； 2）严格控制基坑周遍堆载，严禁重车在基坑周边行驶，尽量减小动荷载对支护结构的影响； 3）土钉墙最大水平位移为86mm，双排桩最大水平位移为36mm，挡土墙水最大水平位移为95mm，地表最大沉降量为20mm，均满足了设计要求。 2.5 SMW工法的基坑支护万科金域蓝湾工程位于天津开发区第五大街与东海路交口，本工程共1#9楼每栋楼按单独基坑设计，基坑平面为宽1925m、长5070m的近似矩形，基坑开挖深度为5m，附图为3#、7#楼基坑平面。 该基坑围护采

30、用SMW工法，单排水泥搅拌桩作围护结构，内插H700×300×13×24型钢，水泥掺量不小于20，水灰比为1.5，水泥搅拌桩搭接250mm，H型钢间距为1200mm，设计桩长为16.1m。设34道Ø600钢管支撑，转角处采用2根36a#槽钢对焊支撑，支撑间距一般为6.0m。用钢筋砼圈(600mm×1200mm)梁作支撑冠梁，具体详见图9。           图9 万科金域蓝湾工程基坑支护平面及剖面图Fig. 9 P

31、it retaining pian and section for Vank Jinyulanwan Residential Building 每个基坑均在支撑冠梁上设置812个水平位移观测点，最大水平位移仅为32mm，出现在3#楼，小于设计计算值40mm。 3 总结分析（1）天津滨海属海相淤泥质软土地区，基坑围护结构所处的土层主要为淤泥质土层，该土层垂直及水平渗透性基本为107108级，采用无砂混凝土管井降水时间在2个月以上方可起到土体固结作用，工期紧的项目工程只能排出地表水，因此按

32、每400500m2左右设置一口降水井基本可以满足要求。在非雨季施工、周边环境要求不高、周边无补给水源、开挖深度在5m以内的基坑工程可以结合实际不设计止水帷幕；对于开挖深度在15m以内的深基坑工程，止水帷幕的深度只需超过基坑底面11.5m即可达到预期止水效果。 （2）钻孔灌注桩组合内支撑体系是滨海地区最常用的支护形式，对控制基坑变形，保证周边环境的安全有其独特的优势，但施工时必须注意在拆撑时基坑支护结构产生的瞬间较大位移对周边环境的影响。采用该支护结构形式开挖深度在6m以内的基坑，支护桩嵌固深度建议按1:1.52取值，开挖深度超过8m的深基坑，支护桩应嵌入粉土层1.52m，从经济性方面考虑，可以采用长短桩结合方案进行嵌固设计。 （4）该地区开挖深度不超过5m，且周边环境要求不高的基坑，可采取重力式挡土墙或土钉墙的支护形式，采用重力式挡土墙支护方案时，建议挡土墙宽度不小于3.2m，挡土墙底部设计为平底形式，同时应严格控制地表补给水源。 （5）由于该地区土钉墙的支护形式应用较少，无太多工程实例借鉴，土钉长度不宜小于开挖深度的2倍，且开挖面坡度不宜大于1:0.5。